小功率调幅发射机系统设计毕业论文.docx

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1、小功率调幅发射机系统设计毕业论文小功率调幅发射机系统设计学生姓名*指导老师*摘要高频信号的产生、发射、接收和传输经过处理的有关的电路，主要解决无线电波、电视和通信中发射和接受高频信号的有关技术问题。小功率调幅发射机常用于通信系统和其它无线电系统中，十分是在中短波广播通信的领域里更是得到了广泛应用。原因是调幅发射机实现调幅简便，调制所占的频带窄，并且与之对应的调幅接收设备简单，所以调幅发射机广泛地应用于广播发射。本课题研究对象是最基本的小功率调幅发射系统的三个模块：高频部分，低频部分和电源部分设计与安装对各级电路进行具体地讨论，并利用Multisim软件仿真验证设计的正确性。关键词:调幅;振荡器

2、;发射机目录引言.错误！未定义书签。一调幅发射机基本知识.错误！未定义书签。1.1基础知识(1)1.2性能指标(2)1.3调幅信号源(2)1.4振荡电路(3)1.5放大器原理(4)1.6调制电路(5)1.7调幅调制原理(6)二设计方框图(7)2.1拟定调幅发射机的框图(7)2.2调幅发射机设计方框图(9)三调幅发射机电路设计(9)3.1高频振荡器电路(9)3.2隔离放大电路(10)3.3受调放大级电路(11)3.4话筒和音频放大电路(12)3.5传输线和天线(13)四系统测试与仿真(14)致谢(20)参考文献(21)引言无线电技术诞生以来，信息传输和信息处理始终是其主要任务。要将无线电信号有效

3、地发射出去，天线的尺寸必须和电信号的波长为同一数量级，为了有效地进行传输。必须将携带信息的低频电信号调制到几十MHz至几百MHz以上的高频振荡信号上，再经天线发送出去，调频是信号发射必不可少的一个环节。调频发射机目前处于快速发展之中，在很多领域都有了很广泛的应用，能够用于演讲、教学、玩具、防盗监控等众多领域。小功率调幅发射机常用于通信系统和其它无线电系统中，十分是在中短波广播通信的领域里更是得到了广泛应用。原因是调幅发射机实现调幅简便，调制所占的频带窄，并且与之对应的调幅接收设备简单，所以调幅发射机广泛地应用于广播发射。低频小功率调幅发射机是将待传送的音频信号通过一定的方式调制到高频载波信号上

4、，放大到额定的功率，然后利用天线以电磁波的方式发射出去，覆盖一定的范围。一调幅发射机基本知识1.1基础知识用调制信号去控制载波的某个参数的经过，叫调制。用调制信号去控制高频振荡器的幅度，使其幅度的变化量随调制信号成正比的变化，这一经过叫做振幅调制。经过幅度调制后的高频振荡称为幅度调制波简称调幅波。早期的VHF频段的移动通信电台大都采用调幅方式，由于信道快衰落会使模拟调幅产生附加调幅而造成失真，目前已很少采用。调频制在抗干扰和抗衰落性能方面优于调幅制，对移动信道有较好的适应性，如今世界上几乎所有模拟蜂窝系统都使用频率调制。由于高频信号的幅度很容易被周围环境所影响。所以调幅信号的传输并不特别可靠。

5、在传输的经过中也很容易被窃听，不安全。所以如今这种技术已经比拟很少被采用，但在简单设备的通信中还有采用。振幅调制根据频谱构造的不同可分为普通调幅AM)波，抑制载波的双边带调幅DSB-SCAM波和抑制载波的单边带调幅SSB-SCAM)波。本设计的调幅发射机指的是AM调幅。调幅发射机是由本机振级、缓冲级、调制级、功率鼓励与放大电路及音频放大器等组成。1.2性能指标和实验设备由于调幅发射机实现调幅简便，调制所占的频带宽，并且使与之对应的调幅接受设备简单，所以调幅发射机广泛应用于广播发射。调幅制一般适用于中、短波广播通信，发射机的工作频率应根据调制方式，在国家或者有关部门所规定的范围内选取，对调幅发射

6、机一般在中频0.3-3MHZ)和高频(3-30MHZ)范围内。在功率选择上只要当天线的长度与发射频率的波长能够比较时，天线才能有效地把载波发射出去。调制器的调幅特性不能跟调制电压线性变化而引起已调波的包络失真为调幅发射机的非线性失真，一般要求小于10%。指没有调制信号时，由噪声产生的调制度与信号最大时间的调幅度比，广播发射机的噪声电平要求小于0.1%，一般通信机的噪声电平要求小于1%。在设计性能测试的经过中设计所需设备如下：函数信号发生器计数器EE164B一台调制度测量仪器HP8901A或BD5一台频信号发生器一台超高频毫伏表DA-36A一台双踪示波器COS5020或数字存储示波器一台数字万用

7、表一台通过测试选择的参数如下：已知+Vcc=+10V、-VEE=-10V；话音放大级输出电压为5mV；负载电阻RL=75。设计主要元器件MC1496、3DG100、3DG130、4MHz晶振、NXO-10磁环；设计主要技术指标工作频率f=10MHz，发射功率P0=100mW，调制度ma=50%，整波效率大于40%。1.3调幅信号源为了使振荡器输出尽可能的稳定、准确的频率。以到达设计任务书所需求的目的，下面浅谈一下关于频率稳定度和准确度方面的原理。一频率准确度定义频率准确度分为绝对准确度，又称频偏。用振荡器的实际工作频率f与标准频率fc之间的偏差f?，即f?=f-fc来表示。相对频率准确度用f?

8、/fc来表示。二频率稳定度定义频率稳定度通常定义为在一定时间间隔内，振荡器频率的相对偏差的最大值，用f?max/fc时间间隔表示。这个数值最小，频率稳定度越高。根据时间间隔长短不同，通常分为下面三种频率稳定度。长期频率稳定度：一般指一天以上以致几个月的时间间隔内的频率相对变化。这种变化通常是由振荡器中元器件老化而引起的。短期频率稳定度：一般指一天以内，以小时、份、秒计算的时间间隔内的频率相对变化。产生这种频率不稳定的因素有温度、电源电压等。瞬时频率稳定度：一般指秒或者毫秒时间间隔内的频率相对变化，这种频率变化一般都具有随机性并伴随着有相位变化的随机变化。引起这种频率不稳定的主要因素是振荡器内部

9、噪声。1.4振荡电路主振级是调幅发射机的核心部件，主要用来产生一个频率稳定、幅度较大、波形失真小的高频正弦波信号作为载波信号。一晶体振荡器：晶体谐振器是晶体振荡器最重要的稳频元件，其性能直接决定了振荡器系统的性能好坏。晶体振荡器能够等效为一个谐振电路来表示。固然晶振的产生的频率稳定度和准确度都能够做的很高，但是一般找不到15MHZ的晶振。二西勒LC振荡电路产生一接近15MHZ的正弦波。西勒电路是依克拉泼电路改良的电容反应振荡器，它与克拉泼电路的主要不同点在于它回路电感L两端并联了一个可变电容C4，用C4改变振荡频率，但是功率不能保证准确和稳定。1.5放大器原理1.5.1工作原理第一级甲类放大器

10、：先将输入信号放大，然后通过一个LC选频网络选择有用的频率信号抑制无用的谐波，通过一个耦合电容输出其下一。其中，静态工作点是由滑变和电阻分压，通过滑变来调节，发射极和地之间接直流反应电阻和沟通反应电阻，以保证静态工作点的稳定。第二级丙类放大器，是典型的基极为无直流偏置电压的丙类放大器，只要载波的正半周且幅度足够大时才能使功率管导通，其集电极为LC选频谐振回路，谐振回路以选出有用的基波信号，因而可获得较大的功率输出。通过发射极所接滑变可调节丙类放大器的功率输入输出功率放大器的原理框图1.5.2电路的主要器件选择与参数计算直流供电电压Vcc选择12V，由于输入信号的频率较高，考虑到稳定性和频率特性

11、，以及上、下限截止频率，第一级放大器的三极管选择2SC2655，而第二级放大器的三极管选择2N2222A.调整第一级放大器静态工作点由滑变R1完成，因而基极偏压采用固定偏压形式，静态工作点ICQ=7mA，而LC选频网络应知足频率为6MHZ，由式LC/10=,并考虑到选频第一级甲类放大器第二级丙类放大器的效果和放大的倍数，电感L就选14mH，而电容C选择6pH。其增益由R3的调节来控制。C3为旁路电容，而C4为耦合电容。因而，选择C3=0.01uF，C4=1nF。其中增益公式bcBciOarRRUUA+-=得出Au=5。RL后级等效负载阻抗，因而，计算出的放大倍数为估算值。UO=2.5V,Ui=

12、5V。式中UO输出电压，而Ui为输入电压。丙类放大器为第二级放大，目的是为了提供大功率，因而LC选频回路是必不可少的，其谐振频率同样为6MHZ左右，这样才能选出有用的基波分量，抑制无用的谐波。但考虑到由于是第二级放大，无用的干扰比拟大，所以采用部分接入法，来增加电路的Q值，提高选频回路的选择性，由于丙类只要载波的正半周且幅度足够才能使功率管导通，因而应选大电容来使波形的恢复失真最小。1.6调制电路低电平调制电路输出功率小，适用于低电平系统。它的电路形式有多种，如斩波调幅器、平衡调幅器、模拟乘法器调幅等，比拟常用的事采用模拟乘法器形似制成的集成调幅电路，即集成模拟乘法器调幅。这种集成电路的出现，

13、使产生高质量调幅信号的经过变得极为简单，而且成本很低。高电平调幅电路输出功率大，一般在系统末级直接产生知足发射要求的调幅波。它的电路形式主要有集电极调幅和基极调幅两种。集电极调幅电路的优点是效率高，晶体管得到充分的应用；缺点是需要大功率的调制信号源。基极调幅电路的优缺点正好与之相反，它的平均集电极效率不高，但所需的调制功率很小，有利于调幅发射系统整机的小型化。集成模拟乘法器性能好，外围电路构造简单，可实现振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频等经过，目前在无限无限通信、广播电视等领域应用的较多。1.6.1集电极调幅由于高频振荡电路的输出信号通常比拟小，因而在隔离级之后需要参加高频放大电路，它的任

14、务是将载波信号放大后送给调制级。由于集电极调幅电路，属于高电平调幅，所以必须采用高频功率放大器，是振荡器的输出电压知足要求。高频功率放大器，工作的相对带宽较宰，负载网络采用的是谐振回路，谐振频率和载波的中心频率f=13.634MHZ相同。高电平功率放大器的原理是利用输入到基极的信号，来控制集电极的直流电流所供应的直流功率，使之转换为沟通信号功率输出。高频功率放大器的重要指标是功率和效率。假如要得到较高的功率和效率，关键在于减少集电极损耗。使集电极电流ic在Vc最小的时候通过，那么，集电极损耗功率自然就会降低。为了获得高的集电极效率，放大器的集电极电路应该是脉冲状。高频功率放大器，同时提高功率和

15、效率时，存在矛盾，为了兼顾功率和效率，最佳导通角为701.6.2丙类放大器高频功率放大器是调幅发射机的末级，它的任务是要给出发射机所要的输出功率。功率放大器主要有甲类、甲乙类或乙类限于推挽电路、丙类功放，根据功放的输出功率和效率来确定选择哪一种。采用低电平调幅电路的系统，由于调制器输出信号为调幅波，其后的功率放大器必须是线性的如甲类、甲乙类或乙类功放；而采用高电平调幅电路的系统，则在末级直接产生到达输出功率要求的调幅波，多以丙类放大器作为此时的末级电路。1.7调幅调制原理从发射频率的效率上看，单边带SSB波只需发射一个边带，因而单边带SSB最省功率，而AM波的发射效率最低，从带宽上来看，单边带

16、SSB波德传输只需AM波或DSB波传输带宽的一半，节省了50%的宽度。但AM波的解调电路简单、成本低，而单边带SSB波的解调则需要一个载波恢复电路和一个同步电路。被设计采用的是普通调幅波。图a)调制信号图b)载波图c)已调信号二调幅发射机方框图2.1拟定调幅发射机的框图根据调幅发射机的工作原理和给定的技术指标要求画出组成框图，如下列图A所示：图A中，各组成部分的的作用如下：1.本机振荡：本机振荡就是高频振荡器，根据载波频率的高低，频率稳定度来确定电路形式。高频电子线路所讨论的工作频率是几百千赫到几百兆赫，而课题设计所设计的最高频率遭到实验条件限制，一般在30兆赫一下，所以此课题设计本机振荡产生

17、频率为4MHz的载波信号。2.缓冲级：通常采用射级跟随器，基本原理是利用它的输入电阻高和输出电阻低的特点的特点，在电路中起着阻抗变化的作用：晶体振荡级与调制级隔离，减小调制级对晶体振荡级的影响；将功率鼓励级与调制级隔离，减小功率鼓励级对调制级的影响。3.话音放大级：将话筒信号电压放大到调制级所需的调制电压。4.调制级：将所需传送的信息“加载到高频振荡中，以调幅波的调制形式传送出去。通常采用低电平调制和高电平调制两种方式。一低电平调幅low-levelam调制经过是在低电平级进行的，因此需要的调制频率小。属于这种类型的调制方法有：平方律调幅squarelawAM利用电子器件的伏安特性曲线的平安律

18、部分的非线性作用进行调幅。斩波调幅on-offAM)将所要传送的音频信号根据载波频率来斩波，然后通过中心频率等于载波频率的带通滤波器滤波，取出调幅部分。二高电频调幅highlevelam调制经过在高电平级进行，通常是在丙类放大器中进行调制，属于这一类的调制方法：集电极阻级调幅基极调幅图A拟定调幅发射机组成框图5.功率鼓励级：为末级功放提供鼓励功率。6.末级功放：对前级送来的信号进行功率放大，在负载上获得知足要求的发射功率。7.增益分配：发射机级需要有一定的功率才能将信号发射出去，而每一级的功率又不能太大，否则会引起电路工作不稳定，容易自激。因而，应根据发射机各组成部分的作用，合理地分配各级增益

19、指标。根据调制器的输入特性确定本振信号和调制信号的振幅；由调制信号的输出功率和发射机的输出功率确定功率鼓励和功放级的增益。2.2调幅发射机设计方框图图B调幅发射机设计方框图用最基本的发射机构造，系统框图如图B所示，由主振、放大和被调级构成。由石英晶体构成的振荡电路产生载频，通过隔离放大网络加载到受调放大电路上，同时将调制信号也加载到受调放大电路中，利用三极管集电极调幅进行调制，然后进行功率放大并通过天线辐射出去。三电路设计3.1高频振荡器电路3.1.1设计方案确定本机振荡器就是高频振荡器，根据载波频率的高低和频率稳定度来确定电路形式。在频率稳定度要求不高的情况下，能够采用电容反应三点式振荡电路，如下列图所示的克拉泼、西勒电路等。而在频率稳定度要求高的情况下，能够采用晶体振荡器，可以以采用单片机集成振荡电路。频率稳定度是振荡器的一项特别重要技术指标，它表示在一定的时间范围内或一定的温度、湿度、电压、电源等变化范围内振荡频率的相对变化程度，振荡频率的相对变化量较小，则表明振荡器的频率稳定度较高。改善振荡频率稳定度，从根本上来讲就是力求减小振荡频率受温度、负载、电源等外界因素影响的程度，振荡回路是决定振荡频率的合租要部件。因而改善振荡频率稳定度的重要措施是提高振荡回路在外界因素变化时保持频率不变的能力，这就是所谓的提高振荡回路的标准性。